Extracción de carga caliente para aumentar la eficiencia de la perovskita

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Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) en Singapur y de la Universidad de Groningen en los Países Bajos han desarrollado un método para observar las barreras energéticas que se forman entre una perovskita y una capa de extracción de carga, un método que describen como “esencial para el desarrollo de una nueva clase de optoelectrónica”.

Las cargas ‘calientes’ en la energía solar son el exceso de energía de las partículas de luz, que se pierde en forma de calor en la mayoría de las células solares, ya que el material no puede extraer la carga con la suficiente rapidez (en menos de un picosegundo, según la NTU).

Otros trabajos anteriores, algunos del grupo NTU, han identificado perovskitas con propiedades que podrían ralentizar las cargas calientes (HC) a unos 150 picosegundos. Con el material de extracción adecuado, esto permite cosechar los HC, lo que aumenta en gran medida la eficiencia del dispositivo. “Nuestros últimos hallazgos muestran lo ‘calientes’ que tienen que ser estas cargas para poder cruzar la barrera energética sin perderse en calor”, explica Tze Chien Sum, Presidente Asociado (Investigación) de la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas de la NTU. “Esto pone de manifiesto la necesidad de una mejor combinación de materiales de ‘extracción’ con perovskitas si queremos reducir esta barrera energética para conseguir células solares más eficientes”.

En un artículo publicado en Science Advances, el grupo describe un método que emplea espectroscopia de sonda de empuje y láseres de pulsos de femtosegundos para observar el funcionamiento de las células solares y medir procesos “que ocurren aproximadamente 100.000 millones de veces más rápido que un flash de cámara”.

En teoría, las células perovskitas que cosechan HC podrían alcanzar eficiencias de hasta el 66%, si las pérdidas por recombinación del sinfín también son insignificantes. “La extracción de HC es, por lo tanto, un enfoque muy deseable para superar el límite fundamental de Shockley-Queisser”, señala el artículo. “Sin embargo, la realización de la extracción de HC es extremadamente desafiante en los semiconductores convencionales, dado el proceso de relajación ultra-rápido que compite y es más favorable energéticamente”, añade.

El grupo dice que ahora se centrará en el uso de su nuevo método para probar diferentes materiales para las capas de extracción, y señalando aquellos que podrían funcionar para aumentar el rendimiento de las células solares perovskitas.